[发明专利]细胞培养室、可调式细胞力学刺激培养装置及其制作方法

说明书

本发明涉及细胞培养室、可调式细胞力学刺激培养装置及其制作方法，包括由弹性材料制成的弹性盒，弹性盒内有至少一个培养隔间。将PDMS浇灌到模具中，成型后获得细胞培养室，所述PDMS包括1份交联剂、10‑50份基底液。该可调式细胞力学刺激培养装置包括至少一个力学加载单元和所述的细胞培养室；每一力学加载单元均包括纵向固定片、左侧加载板固定片、右侧加载板固定片、纵向加载板固定片；左侧加载板固定片、右侧加载板固定片和纵向加载板固定片均连接有带动其直线移动的驱动部件。本申请可同批次实现多时序力学加载观察，极大程度上提高了体外试验的可控性和真实性；可达到单个力学加载模块可控，多参数可调，内外应力灵活装配等目的。

技术领域

本发明涉及细胞培养技术领域，尤其涉及细胞培养室、可调式细胞力学刺激培养装置及其制作方法。

背景技术

细胞在生物体内所处的微环境十分复杂且多变，其作为一个动态的系统，不断地与外界环境产生相互作用，从而不断地受到外界力学生物学信号的刺激。如血管内皮细胞不断受到血液流动产生的剪切作用，肌肉细胞、骨组织细胞受到机械牵张应力的作用，牙周膜细胞受到咀嚼力的刺激等等，均为外源性机械应力调控组织的生物学过程。同时，不同的细胞基质硬度、微环境的拓扑结构等作为内源性应力调节细胞形态及功能。可见，外源性及内源性力学刺激在维持细胞形态、调节细胞分化、决定细胞代谢等方面都发挥着至关重要的作用。因此，通过实验体外加载外源性及内源性应力，是构建细胞力学研究模型的基础，可为挖掘细胞在生理及病理过程中力学生物学机制提供重要模型基础。

Flexcell 细胞力学应力加载系统是目前广泛使用的力学加载系统，可对二维和三维细胞和组织提供循环应力加载，可观察细胞、组织在应力作用下的反应，可设置多种频率，多种振幅和多种波形。细胞培养板底部最高伸展度达到33%，培养板底部有弹力膜，膜面积57.75，每孔9.62，膜厚度为0.0508cm。Flexcell牵张力装置可达到伸展度范围：0-33%；牵拉频率范围：0.01-5Hz。Flexcell压力装置可达压力范围：0.1 - 14磅；压力频率范围：0.01-5Hz。两种装置分别适用于细胞的拉应力、压应力加载。

其他细胞力学加载装置如四点弯曲细胞力学加载仪可通过控制上下压头，对培养皿直接进行力学加载，气压加载或震动加载仪等通过培养基或培养皿的力学传导对细胞施加机械力学刺激。

然而上述细胞力学加载装置目前仍然限制了多方向的科研探索，主要有以下几个方面：

1、目前已有力学加载仪器采用固定培养室，不便于进行多方向力学加载。

2、难以配合拓扑结构探究：如Flexcell配套力学加载板弹力膜基于PDMS材料，软硬及厚度固定，限定了细胞培养的拓扑结构。且现有的力学加载板PDMS弹力膜较软，无法满足较高基质硬度的研究需要；而且PDMS软膜太软会干扰细胞本身生长分化方向，对相关实验造成误差。

3、实验方案难以调整：目前已有力学加载仪器采用统一规格力学加载细胞培养板，如Flexcell力学加载板底面积为57.75cm2，每孔9.62cm2，单次实验需同时使用4块加载板，无法根据实验需求调整细胞培养量及加载需求，难以实现单个、可控、可时序分析的实验设计。

4、力学加载模式单一：多数力学加载仪器只能实现单一的力学刺激，如Flexcell单一机器无法实现多种力学模式切换，张、压力需要依靠不同装置完成，不能由同一装置完成。此外，加载系统采用统一规格力学加载细胞培养板，利用底部的弹力膜实现对细胞的力学刺激；该装置基于真空抽吸原理，只能对细胞施加延圆轴离心牵张力，而无法实现轴向力加载。

发明内容

本申请提供一种细胞培养室、可调式细胞力学刺激培养装置及其制作方法，其首要解决现有固定培养室，难以感受多方向力学刺激的问题；其次再解决细胞培养的拓扑结构首先的问题，最后解决力学加载模式单一的问题。

本申请通过下述技术方案实现：